Class Set Statics

 

Hacer comprensibles los fundamentos de la estática en la escuela primaria.

¿Cómo puede sobrevivir una casa a una tormenta sin sufrir daños y por qué no se cae una grúa? Los ingenieros de diseño del mañana investigan estas y otras muchas cuestiones. Exploran la estabilidad y resistencia de las estructuras técnicas y descubren las relaciones entre la capacidad de carga y la conexión de los elementos de construcción. Ocho apasionantes modelos en combinación con el material didáctico que los acompaña transmiten el tema de la estática mediante puentes, grúas y construcciones de celosía.

Número de alumnos
Hasta 30 alumnos por kit
Objetivos de aprendizaje
Comprender los principios básicos de la estática de forma divertida e interactiva
Tiempo necesario
Cada tarea contiene información detallada sobre el tiempo para estructurar la lección
Nivel
Primaria

Temas y objetivos de aprendizaje

 

Para más información

Introducción al tema

El término estática procede de la palabra griega statikos, que se traduce al alemán como "detener", hacer una pausa y descansar. Hoy en día, la estática es el estudio del equilibrio de fuerzas. La estática desempeña un papel fundamental en la física, la ingeniería, la ingeniería civil y la ingeniería eléctrica. 
La categorización de la estática como rama de la física (mecánica) puede ilustrarse clasificándola según la forma en que se describe el movimiento:

  1. Cinemática: descripción (geométrica) del movimiento sin tener en cuenta las fuerzas.
  2. Dinámica: descripción del movimiento y de su evolución bajo la acción de fuerzas.
  3. Cinética: Descripción de las fuerzas durante un movimiento.
  4. Estática: descripción de las fuerzas en un sistema estacionario (o movimiento uniforme).

Por tanto, la estática se utiliza siempre que las estructuras técnicas están expuestas a los efectos de fuerzas. Estas fuerzas son, por ejemplo, fuerzas de peso, fuerzas naturales (agua, terremotos, viento), fuerzas mecánicas (fuerza de vapor, riesgo de explosión) y fuerzas musculares. Además de estas fuerzas externas, también existen las llamadas fuerzas internas. La estática de una estructura resulta de la relación entre las fuerzas internas. Éstas siempre se presentan en pares, por ejemplo, como fuerzas de tracción o compresión en los componentes de una estructura suspendida.
Por tanto, no hace falta explicar que las casas, puentes, torres, grúas, mástiles u otras estructuras deben construirse de forma que no se derrumben bajo su propia carga o bajo cargas externas (carga viva). Por tanto, todos los proyectos de construcción deben tener en cuenta todas las fuerzas imaginables que puedan producirse sobre una estructura. Mientras que la estática, como teoría del equilibrio de fuerzas internas y externas, trata de representar leyes independientes de los materiales, el proyectista puede utilizar la teoría de la resistencia para evaluar si los componentes o materiales de construcción utilizados podrán soportar la carga prevista.
El término estática se utiliza de forma ambigua y a menudo hace referencia al aspecto teórico-matemático-físico (estática como rama de la mecánica de la ingeniería), mientras que el análisis estructural tiene como objetivo aplicar esta estática en el sector de la construcción. El análisis estructural o la estática de estructuras de construcción es el estudio de la seguridad y fiabilidad de las estructuras portantes en el sector de la construcción. En el análisis estructural se calculan las fuerzas y sus efectos mutuos en una estructura y en cada componente asociado.

Historia

La compleja historia del análisis estructural está estrechamente vinculada a las investigaciones y publicaciones de tantos eruditos y científicos que aquí sólo se enumeran los autores que están directamente relacionados con el contenido temático y los términos técnicos de los kits de aprendizaje del análisis estructural.

  • Arquímedes (287-212 a.C.) Ley de la palanca
  • Leonardo da Vinci (1452-1519) Primeras consideraciones ilustrativas sobre el efecto de las bóvedas y la flexión de las vigas, afirmaciones cualitativas sobre la capacidad de carga
  • Simon Stevin (1548-1620) Matemático, físico e ingeniero flamenco. Paralelogramo de fuerzas, estática de cuerpos sólidos y líquidos; introducción de los decimales
  • Galileo Galilei (1564-1642) Principios de mecánica, resistencia de los materiales y leyes de la gravedad
  • Edme Mariotte (1620-1684) - distribución de tensiones - "eje de equilibrio"
  • Robert Hooke (1635-1703) Ley de proporcionalidad
  • Sir Isaac Newton (1643-1727) Fundador de la física teórica clásica y, por tanto, de las ciencias naturales exactas, fundamentos matemáticos de las ciencias naturales, formulación de las tres leyes del movimiento, equilibrio de fuerzas, cálculo infinitesimal
  • Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) - momentos de resistencia, cálculo infinitesimal
  • Jakob I Bernoulli (1655-1705) Curvatura de la viga elástica, relación entre carga y flexión; mantenimiento de secciones planas
  • Pierre de Varignon (1654-1722) Matemático francés. Composición de fuerzas, ley del paralelogramo de fuerzas (paralelogramo de Varignon), concepto de momento de fuerza, polígono de cuerda
  • Antoine Parent (1666-1716) - Distribución triangular de la tensión de tracción
  • Jakob Leupold (1674-1727) - Deflexión y capacidad de carga
  • Pierre Couplet - Teoría del cuerpo rígido de la bóveda 1730
  • Thomas Le Seur (1703-1770), matemático y físico francés; primera pericia estática conservada en 1742 (para la cúpula de la basílica de San Pedro), con François Jacquier (1711-1788) y Rugjer Josip Bošković (1711-1787)
  • Louis Poinsot (1777-1859) par de fuerzas 1803
  • Claude Henri Navier (1785-1836) Teoría del puente colgante 1823; primer análisis estructural completo, teoría técnica de la flexión 1826; investigación de estructuras estáticamente indeterminadas 1826
  • Karl Culmann (1821-1881) Teoría de las cerchas 1851; estática gráfica 1866
  • August Ritter (1826-1908) Método de corte de Ritter para cerchas estáticamente determinadas 1861
  • Luigi Cremona (1830-1903) Determinación basada en dibujos de los esfuerzos en barras en cerchas estáticamente determinadas ("Cremonaplan")

Dado que los edificios inestables pueden plantear muchos peligros, el análisis estructural también ha sido objeto de legislación y jurisdicción durante varios miles de años. Ya en las primeras civilizaciones de Mesopotamia existían penas especiales para los constructores cuyos edificios se derrumbaban y mataban a personas, por ejemplo en el Codex Hammurapi, una colección de leyes recopiladas por el rey Hammurapi de Babilonia (* 1810 a.C.; † 1750 a.C.).
Las normas estatutarias en sentido estricto, que especifican una determinada cualidad, son históricamente más recientes. En el año 27 d.C., por ejemplo, un anfiteatro de madera de construcción barata se derrumbó en Fidenae, al norte de Roma, causando miles de muertos, según la descripción del historiador romano Publio Cornelio Tácito (* hacia 58 d.C.; † hacia 120 d.C.). [3] Como consecuencia, el Senado de Roma dictó normas estáticas.

Requisitos del plan de estudios

El Juego de clase de estática para primaria y el Juego de clase de estática STEM para secundaria sólo pueden entenderse como una introducción a determinados temas de estática. El nivel de dificultad se ajusta deliberadamente a los requisitos curriculares actuales del grupo destinatario respectivo y las hojas de tareas están formuladas de forma orientada a las competencias. El objetivo es controlar, reflexionar y evaluar el propio pensamiento al resolver problemas y construir así nuevos conocimientos. Los alumnos construyen modelos sencillos y más sofisticados de forma independiente o en equipo. Las destrezas relacionadas con el proceso se fomentan mediante la resolución de problemas, la investigación en profundidad y las sugerencias de cambios creativos en los modelos.

El principal objetivo de aprendizaje en el nivel de primaria es la construcción estático-constructiva y agudizar la conciencia de los niños sobre las cuestiones estáticas y constructivas del entorno.

Otros temas y objetivos de aprendizaje a nivel primario cubiertos por Class SET Statics incluyen

  • Estabilidad y resistencia en construcciones técnicas
  • Descubrir las relaciones entre la capacidad de carga y la conexión de elementos estructurales
  • Construcción experimental de edificios y estructuras portantes
  • Características funcionales de las estructuras portantes
  • Cerchas
  • Conocer el sistema de vigas y pilares
  • Reconocer el método de construcción del esqueleto en diversos edificios de su entorno
  • Comprender las fuerzas de compresión y tracción, el sistema de arriostramiento triangular
  • Transferir las características de una estructura estable a una móvil
  • Estabilidad/equilibrio
  • Brazo de palanca de dos caras
  • Aprender términos técnicos

En secundaria, STEM Statics se ocupa de la aplicación de los principios estáticos utilizando modelos como ejemplos, así como de otros temas:

  • la aplicación de formas físicas de pensar y trabajar
  • Leyes básicas de la estática
  • la determinación bidimensional de las fuerzas de tracción y compresión
  • Fuerzas en el equilibrio de cuerpos en reposo
  • Ley de Hooke
  • Componentes de la fuerza, plano inclinado, equilibrio, par, ley de la palanca, centro de gravedad, tipos de equilibrio
  • Aprender términos técnicos

La diversión de construir y juguetear son elementos tan importantes como el desarrollo lúdico de términos técnicos relevantes utilizando una variedad de tareas y sus ejemplos de solución.

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